精密丝杠加工工艺研究 (4).doc

精密丝杠加工工艺研究精密丝杠加工工艺过程为：零件名称万能螺纹磨床丝杠（淬硬）材料9Mn2V精度等级6级工艺过程工序内容定位基准1.锻造2.球化退火3.车端面打中心孔外圆表面4.粗车外圆双顶尖孔5.高温时效5.牢外圆打中心孔外圆表面7.半精车外圆双顶尖孔8.粗磨外圆双顶尖孔9.淬火(t=800)，中温回火(t=260)14.研磨两顶尖孔11.粗磨外圆双顶尖孔12.粗磨出螺纹槽双顶尖孔13.人工时效(t=260)14.研磨两顶尖孔15.半精磨外圆双顶尖孔16.半精磨螺纹双顶尖孔17.人工时效(t=160)18研磨两顶尖孔19.精磨外圆，检查双顶尖孔20.精磨螺纹(磨出小径)双顶尖孔21.研磨两顶尖孔22.终磨螺纹，检查双顶尖孔23.终磨外圆，检查双顶尖孔24.研磨止推端面F,检查双顶尖孔丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，以提高其加工精度一丝杠的分类结构及技术要求。1.丝杠的分类 机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。 由于滑动丝杠结构简单，制造方便，所以在机床上应用比较广泛。 滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。 滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。 静压丝杠有许多的优点，常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.52倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。2.丝杠的结构特点及技术要求 （1）丝杠结构的工艺特点 丝杠是细长柔性轴，它的长度L与直径d的比值很大，一般为2050，刚性较差。结构形状复杂，有很高的螺纹表面要求，还有阶梯、沟槽等，所以，在加工过程中易出现变形。（2）精度等级 在国家标准GB78565中，对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。共 有五项基本参数：即外径d、内径d1、中径d2、螺距t及牙形半角/2。由于丝杠要传递准确运动，因此，按JB288681规定，丝杠及螺距的精度，根据使用要求分为6个等级：4、5、6、7、8、9（精度依次降低)。 各级精度丝杠应用范围如下：4级为目前最高级，一般很少应用；5级用于精密仪器及机密机床，如坐标镗床、螺纹磨床等；6级用于精密仪器、精密机床和数控机床；7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床；8级用于一般机床，如卧式车床、铣床；9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。 一般所说的精密丝杠是指5、6、7级丝杠。精密丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者的耐磨性较好，能较长时间保持加工精度，但加工工艺复杂，必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备，而后者只需要精密丝杠车床。 滚珠丝杠副和滚珠丝杠的精度等级也分为六个等级。3. 技术要求 精度等级螺距误差（微米）在下列长度上螺距的最大积累误差（微米）至25毫米至100毫米至300毫米每增加300毫米全长上中径圆度公差（微米）螺距（毫米）3-56-1012-30 外径相等性公差522352101.51.52.5h5635693202.52.53.5h576912185403.545h58121825351080567.5H6925355070201607.5910F7精度 等级牙行半角公差（分）外径圆跳动公差（微米）光洁度等级螺距 （毫米）丝杠长度 （米）3-56-1012-301124外径螺纹面5678912152030-10121825810152020408012020040801001502501502003002003008887698766精密丝杠有淬硬和不脆硬之分。前者的耐磨性较好，能较长时间保持加工精度，但他的加工工艺复杂，必须有高精度的螺纹磨床盒专门的热处理设备，而后者只需要机密丝杠车床。二. 精密丝杆材料选择丝杠材料的选择是保证丝杠质量的一个十分重要的关键。对于丝杠材料的要求是：（1） 抗拉极限强度不低于60公斤/毫米；（2） 具有良好的加工性能，磨销时要不轻易产生裂纹，能得到良好的表面光洁度和较小的加工残余的内应力，对刀具的 磨损作用小；（3） 有良好的热处理工艺性，淬透性好，不易淬裂，组织均匀，热处理变形小，能获得较高的硬度，从而保证丝杠的耐磨性和尺寸的稳定性。（4） 材料硬度均匀，金相组织符合标准。常用的材料有：不淬硬丝杠常用T10A, T12A及45等；淬硬丝杠常选用9Mn2V，CrWMn等。其中9Mn2V有较好的工艺性和稳定性，但淬透性差，常用于直径50mm的精密丝杠；CrWMn钢的优点是热处理后变形小，适用于制作高精度零件，但其容易开裂，磨削工艺性差。 丝杠的硬度越高越耐磨，但制造时不易磨削。 丝杠材料要有足够的强度，以保证传递一定的动力；应具有良好的热处理工艺性(淬透性好、热处理变形小、不易产生裂纹)，并能获得较高的硬度、良好的耐磨性。丝杠螺母材料一般采用GCrl5、CrWMn、9CrSi、9Mn2V，热处理硬度为6062HRC。整体淬火在热处理和磨削过程中变形较大，工艺性差，应尽可能采用表面硬化处理。上述滚珠丝杠材料为9Mn2V热轧圆钢，调质硬度为250HRS，除螺纹外，其余高频淬硬60HRC。材料加工前须经球化处理，并进行严按的切试样检查。为了消除由于金相组织不稳定而引起的残余应力，安排了冰冷处理工序，使淬火后的残余奥氏体转变为马氏体。为了保证质量，毛坯热处理后进行磁性探伤，检查零件是否有微观裂纹。三. 精密丝杠的加工工艺过程丝杠加工为了达到较高的加工精度，工艺过程中充分考虑下列几点;(1) 对外圆和螺纹可分多次加工，逐步减少切削量，从而逐步减少切削力和内应力，减少加工误差，提高加工精度。 (2) 每次粗加工外圆及粗加工螺纹后都要进行时效处理，以便消除内应力。丝杠的精度要求越高，时效处理的次数也越多。 (3) 每次时效处理后都要重新打中心孔或修磨中心孔，以修止时效处理时产生的变形；并除去氧化皮等，使加工有可靠而精确的定位基面。 (4) 每次加工螺纹前，先加二L丝杠外圆(切削量很小)，然后以丝杠外圆和两端中心孔作为定位基面加丁:螺纹，逐步提高螺纹加工精度。 丝杠加工过程中校直和热处理工序，是保证丝杠精度，防止弯曲变形的关键工序。但是校直本身会产生内应力，这对精度要求较高的丝杠来说是不利的。因为内应力有逐渐消失的倾向，由于内应力的消失会引起丝杠的变形，这就影响了丝杠精度的保持。所以，对精度要求高、直径较大的精密丝杠，在加工过程中不较直，而是采用加大径向总余量和工序间余量的方法逐次切去弯曲变形，经多次时效处理和把工序划分的更细的方法来解决变形问题。 为避丝杠因自重引起弯曲变形，存放对应垂直放置，热处理时要在井式炉中进行。 一般不淬硬丝杠的螺纹经车削而成，而淬硬丝杠的螺纹在螺纹磨床上磨出螺纹。但对牙形半角大和大螺距、丝杠、螺纹的粗加工还是在淬硬前车削为好。四. 拟定丝杆的工艺路线；丝杠加工中，中心孔是定位基准，但由于丝杠是柔性件，刚性很差，极易产生变形，出现直线度、圆柱度等加工误差，不易达到图样上的形位精度和表面质量等技术要求，加工时还须增加辅助支承。将外圆表面与跟刀架相接触，防止因切削力造成的工件弯曲变形。同时，为了确保定位基准的精度，在工艺过程中先后安排了三次研磨中心孔工序。由于丝杠螺纹是关键部位，为防止因淬火应力集中所引起的裂纹和避免螺纹在全长上的变形而使磨削余量不均等弊病，螺纹加工加工采用“全磨”加工方法，即在热处理后直接采用磨削螺纹工艺，以确保螺纹加工精度。由于该丝杠为单件生产，要求较高，故加工工艺过程严格按照工序划分阶段的原则，将整个工艺过程分为五个阶段：准备和预先热处理阶段(工序16)，粗加工阶段(工序713)，半精加工阶段(工序1423)，精加工阶段(工序2425)，终加工阶段(工序2628)。为了消除残余应力，整个工艺过程安排了四次消除残余应力的热处理，并严格规定机械加工和热处理后不准冷校直，以防止产生残余应力。为了消除加工过程中的变形，每次加工后工件应垂直吊放，并采用留加工余量分层加工的方法，经过多道工序逐步消除加工过程中引起的变形。五. 确定工序尺寸；下料尺寸：65mm1715mm粗车尺寸：各外圆均留加工余量6mm半精车尺寸：总长1697 mm，各外圆留加工余量1.41.5 mm，锥度留磨量1.11.2 mm, 螺纹车至、外圆60到、54处车至。粗磨尺寸：各外圆均留磨量0.30.4mm（分三次），磨锥度留磨量0.350.45mm，60外圆至（分二次），外圆至（分二次）。半精磨尺寸：磨60外圆(磨出即可), 磨滚珠螺纹大径、磨外圆至图样要求,外圆均留余量0.120.15mm,螺纹M33、M39和锥度均留磨余量0.100.15mm。精磨尺寸：各部分尺寸至图纸要求。六. 选择加工装备；车削：车床 CA6140平面磨削：平面磨床 M820外圆磨削：万能外圆磨床 M1432A丝杠磨削：丝杆磨床 S7432七.填写工艺卡片工序号工种工序内容设备1备料热轧圆钢65mm1715mm2热处理球化退火3车车削试样，试样尺寸为458mm，车削后应保证零件总长为1703mm车床CA61404磨在平面磨床上磨试样两平面（磨出即可），表面粗糙度Ra值为1.25m平面磨床M8205检验检验试样,要求试样球化等级1.54级,网状组织小于3级,待试样合格后方可转入下道工序6热处理调质，调质后硬度250HBS,校直7粗车粗车各外圆，均留加工余量6mm车床CA61408钳划线,钻10 mm起吊通孔9热处理时效处理,除应力,要求全长弯曲小于1.5mm,不得冷校直10车(1) (1) 车两端面取总长1697 mm,修正两端面中心孔,要求60锥面的表面粗糙度Ra值为2.5m(2)车外圆60处到，滚珠螺纹大径54处车至,车锥度1:12,留磨量1.11.2 mm,车螺纹M331.57h大径至,车螺纹M391.57h大径至,车其余各外圆,均按图样基本尺寸留加工余量1.41.5 mm,倒角，各外圆、锥面相互跳动0.25 mm,加工后应垂直吊放车床CA614011粗磨粗磨滚珠螺纹大径至,磨其他各外圆,均留磨量1.11.2 mm万能外圆磨床M1432A12热处理按图样技术要求淬硬,中温回火,冰冷处理，工艺要求：全长弯曲小于0.5mm，两端中心孔硬度达5056HRC，不得冷校直13检验检验硬度，磁性探伤，去磁14研研磨两端中心孔,表面粗糙度Ra值为1.25m车床CA614015粗磨磨60外圆至,磨滚珠螺纹大径,磨其余各外圆,均留磨量0.650.75mm,磨出两端垂直度为0.005mm及表面粗糙度Ra值为1.25m的肩面,磨M391.57h螺纹大径至, M331.57h螺纹大径至, 磨锥度1:12,留磨量0.350.45mm,要求用环规着色检查,接触面50%,完工后垂直吊放万能外圆磨床M1432A16检验磁性探伤，去磁17粗磨磨滚珠丝杠底槽至尺寸,粗磨滚珠丝杠螺纹,留磨量(三针测量仪M=量棒直径4.2),齿形用样板透光检查,去不完整牙,完工后垂直吊放丝杆磨床S743218检验磁性探伤，去磁19热处理低温回火除应力,要求变形不大于0.15mm,不准冷校直20研修研两端中心孔，要求表面粗糙度Ra值为0.63m，完工后垂直吊放车床CA614021粗磨磨60外圆至, 磨外圆至， 磨其他各外圆,均留磨量0.30.4mm万能外圆磨床M1432A22半精磨半精磨滚珠螺纹, 留精磨余量(三针测量仪M=量棒直径4.2),齿形用样板透光检查,完工后垂直吊放丝杆磨床S743223热处理低温回火,消除磨削应力,要求全长弯曲小于0.10mm,不得冷校直24研修研两端中心孔,表面粗糙度Ra值为0.32m， 完工后垂直吊放车床CA614025半精磨磨60外圆(磨出即可), 磨滚珠螺纹大径至图样要求,全长圆柱度0.02mm, 磨外圆至图样要求,磨其余各外圆及端面, 外圆均留余量0.120.15mm,磨M331.57h螺纹大径、M391.57h螺纹大径和锥度1:12,均留磨余量0.100.15mm,工艺要求:各磨削外圆的圆跳动小于0.005mm, 锥度1:12接触面60%万能外圆磨床M1432A26精磨磨M331.57h螺纹和M391.57h螺纹至图样要求丝杆磨床S743227精磨精磨滚珠丝杠螺纹至图样要求,齿尖倒圆R0.8mm,要求:齿形按样,透光检查，完工后垂直吊放丝杆磨床S743228终磨终磨各外圆、锥度1:12及肩面至图样要求，完工后垂直吊放，并涂防锈油（备单配滚珠螺母）万能外圆磨床M1432A八.热处理;由于该丝杠的5精度的淬硬丝杠（HRC56）,热处理要复杂一些，先说明如下：1. 球化退火球化退火球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上2030，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。球化退火加热温度为Ac1+(2040)或Acm-(2030)，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。2. 出应力退火 退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺。退火热处理分为完全退火，不完全退火和去应力退火。退火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测，也可以用硬度试验来检测。许多钢材都是以退火热处理状态供货的，钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计，测试HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可以采用表面洛氏硬度计，检测HRT硬度应力退火的目的改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。为最终热处理(淬火、回火)作好组织准备。常用的退火工艺有完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上3050，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上2040，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象(硬度升高、塑性下降)。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50150 ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸